CN203178820U - 基于arm的嵌入式液位监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于ARM的嵌入式液位监控装置，液位信号采集及处理模块是利用WL400水位传感器采集水箱等的液位高度，将水压信号转换成4-20mA的电流信号，接125欧母电阻可转换为0.5-2.5VDC电压信号，随后将该电压信号接入ARM9主控制器模数转换模块实现液位高度的快速数字化处理；利用嵌入式智能PID控制器完成液位实时高度与液位设定高度的比较运算、智能PID控制运算，得到磁力泵新的频率运行参数，经数模转换通道将其转换成模拟量接入变频器由其调节磁力泵的转速，完成水箱的供水大小的调节以满足液位高度的设定需求。本实用新型***的安装、调试与维护变得极为简便，通过编程控制可以实现水位监控、水位控制的历史曲线等的绘制；易于维护，极大地方便了维护，降低维护成本。

Description

基于ARM的嵌入式液位监控装置

技术领域

本实用新型涉及液位监控技术领域，尤其涉及一种基于ARM的嵌入式液位监控装置。

背景技术

随着经济的不断发展，千家万户都使用了节能设备，从电灯到太阳能，再到各种小家电。其中太阳能的使用率逐年攀升，然而大多数的太阳能仍属于传统非智能式产品，即通过手工的方式打开上水阀和关闭水阀，这种方式即效率低下，而且还容易浪费水资源，甚至有些人粗心大意，忘记关闭水阀导致家里被水淹没，带来不小的经济损失。因此改善太阳能设备的智能化水平被提上日程。

太阳能产品现在有很多种类，有智能化的也有非智能化的，智能化的产品动则数千元，超过非智能产品几千元左右，对于普通的老百姓来讲，这一成本相对较高，而且大多数产品的液位控制精度一般，更不能实现网络监控，随着物联网技术的发展，我们越来越希望将家居和其他***都进行联网，以实现全面的监控，但早期的液位监控***并非全部都是网络型液位监控装置，因为其大多采用的还是普通的单片机，其网络通信功能有限，为此，利用嵌入式***改变传统的单片机控制方式，利用智能控制算法改变传统的液位控制方法，既能有效地改善当前液位监控***的网络化监控水平，迎合物联网时代发展要求，另一方面其植入的智能控制算法更能极大的改善液位控制精度，减少水资源的浪费。当然本装置的研究，也可用于工业控制领域，对于水箱液位控制方面也能起到既改善控制性能又能提高其智能远程监控水平的目的。

因此，本装置研究具有智能处理能力的网络型嵌入式液位变频控制装置，既能保持液位的设定需求，即水箱设定量和供水量之间的平衡，使供水的压力稳定在特定的范围内，又能一定程度上节省水资源的浪费和电机供水能耗，这是本专利的主要研究动机。

当前，随着电力电子及计算机技术、智能变频调速技术、智能控制和远程通信技术的不断发展和成熟，为本专利的研究奠定了一定的理论基础，与此同时，基于ARM嵌入式***技术的不断升级，它简单易学、功能齐备、性价比高等特点即简化了***设计，又提高了***性能，缩短设计周期，降低了生产设计成本，而且它还具有运算速度快、功耗低、网络通信能力强方面的优势，这也为智能嵌入式液位监控装置的设计提供了技术支持。

实用新型内容

本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种具有实时控制和远程通信功能与一身的基于ARM的嵌入式液位监控装置。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于ARM的嵌入式液位监控装置，包括有带有模糊-PID控制算法的ARM9主控制器、DA转换器、变频器、水泵电机、供水管网、单容水箱、液位传感器和RJ-45以太网接口，所述的变频器的输出端连接水泵电机，水泵电机与所述的供水管网连接，供水管网连接所述的单容水箱，所述的单容水箱的底部设有液位传感器，所述的液位传感器通过信号预处理电路与所述的ARM9主控制器的AD转换通道相连，ARM9主控制器与所述的DA转换器连接，DA转换器的输出端口连接所述的变频器的输入端，所述的ARM9主控制器通过CS8900网络接口卡与所述的RJ-45接口接入以太网，并与上位机相连。

所述的ARM9主控制器的型号为ARM9S3C2410，所述的液位传感器的型号为WL400，所述的变频器的型号为ACS510，所述的DA转换器的型号为AD5552。

所述的ARM9主控制器与DA转换器之间的连接为ARM9主控制器的管脚GPC.2、GPC.3、GPC.4和TXD分别与DA转换器的管脚、

、DIN和SCLK连接。

所述的ARM9主控制器中的ADC转换通道为8路10位转换通道。

本实用新型的优点是：本实用新型以S3C2410为内核的ARM9主控制器构建智能液位变频控制实时采集处理及智能模糊变频控制装置，取代了传统的8位单片机控制装置，提高了控制***的运算速度和精度，降低了***成本，利用嵌入式***快速的实时运行能力和较大的存储能力实现了智能模糊控制算法的有效移植，利用嵌入式***多进程等高效的运算处理能力降低了复杂控制算法的运行时间，提高了***的实时处理能力，性能明显优于常规单片机控制方式；另一方面，由于嵌入式***自带的网络接口卡有效便捷地将控制***接入互联网络，使得压力变制***的远程通信功能明显增强，有效提高了液位控制控制环节的远程智能监控水平，及时定时的实现了液位控制环节的远程智能监控，满足了用户的要求；通过移植智能模糊PID控制算法到ARM9主控制器中，使得该液位，控制装置具有较强的自适应性、响应速度快，控制***简单，***控制部分的简单设置进一步带来了***的高可靠性；采用单元化设置，使***连线直观简便，***的安装、调试与维护变得极为简便，通过编程控制可以实现水位监控、水位控制的历史曲线等的绘制；易于维护，由于***简单，极大地方便了维护，降低维护成本。

附图说明

图1为本实用新型***总体框图。

图2为本实用新型网络型嵌入式智能控制最小***框图。

图3为本实用新型D/A转换变频输出控制驱动单元。

图4 为本实用新型网络通信接口电路驱动单元。

具体实施方式

如图1所示，一种基于ARM的嵌入式液位监控装置，包括有带有模糊-PID控制算法的ARM9主控制器1、DA转换器2、变频器3、水泵电机4、供水管网5、单容水箱9、液位传感器6和RJ-45以太网接口10，所述的变频器3的输出端连接水泵电机4，水泵电机4与所述的供水管网5连接，供水管网5连接所述的单容水箱9，所述的单容水箱9的底部设有液位传感器6，所述的液位传感器6通过一电阻7和信号预处理电路8与所述的ARM9主控制器1的AD转换通道连接，ARM9主控制器1与所述的DA转换器2连接，DA转换器2的输出端口连接所述的变频器3的输入端，所述的ARM9主控制器1通过CS8900网络接口卡与所述的RJ-45以太网接口10连接，并与上位机连接。

所述的ARM9主控制器1的型号为ARM9S3C2410，所述的液位传感器6的型号为WL400，所述的变频器3的型号为ACS510，所述的DA转换器2的型号为AD5552。

所述的ARM9主控制器1与DA转换器2之间的连接为ARM9主控制器1的管脚GPC.2、GPC.3、GPC.4和TXD分别与DA转换器2的管脚

、

、DIN和SCLK连接。

所述的ARM9主控制器1中的ADC转换通道为8路10位转换通道。

图1所示为本实用新型***总体框图。单容水箱液位高度决定了管网实际供水量。由图1可以看到，整个控制***由液位传感器将供水管网5、水泵电机4和主控部分连接起来。通过液位传感器6采集单容水箱9液位高度，液位传感器6将水位信号转换为电信号，接入ARM9主控制器1内部的高速ADC转换通道，将其转换为数字信号，然后通过运算处理模块，定时求得水位均值，然后有智能控制模块将其与供水***设定的水位值进行对比，得到水位高度的偏差值，再经过嵌入式智能模糊-PID软控制器得到控制***新的变频控制参数，转换为模拟信号后去控制变频器的输出频率，进而控制水泵电机4的转速，最终使单容水箱9的液位高度满足设定要求，达到新的平衡。其中，本嵌入式液位控制***采用的是WL400液位传感器6采集水箱等的液位高度，将水压信号转换成4-20mA的电流信号，接125 欧母电阻可转换为0.5-2.5 V DC电压信号，最终将该电压信号接入嵌入式***ADC转换通道AIN2接入的，AIN2的输入要求为0~3.3v；水泵的变频控制是运用移植在嵌入式***内的智能模糊PID控制模块通过水位实时值与设定值的比较、智能模糊PID控制运算、变频控制输出三步来完成的，智能模糊PID控制的运算结果是数字量，需要通过串行接口与外接D/A转换芯片AD5552相连，不断地利用数字输出调节变频器ACS510的频率输出参数；监控模块利用套接字技术和嵌入式TCP/IP协议栈通过以太网卡接口实现与上位机的连接和远程通信，完成水箱液位高度和变频器控制参量等的实时远程监控，最终完成嵌入式液位变频监控装置的设计。

图2所示为本实用新型嵌入式最小控制***，也是实时主控单元，主要包括电源供电***模块，可为内核、以太网络通信、JTAG调试、A/D转换能提供1.8~5V的电源信号；晶振电路为***提供各种时钟信号；***复位电路能有效提高***的可靠性，防止CPU发送错误指令；内部ADC接口可定时采集管网压力数据，利用内部寄存器ADDR存储转换结果以供查询；控制参量与外接DAC接口芯片通过串行方式，实现控制参量向DAC的串行传输；以太网接口模块完成嵌入式***方便接入Ethernet，进而实现基于UDPSOCKET的远程通信。

图3所示为本实用新型变频控制数模驱动电路，主要功能是通过数模转换模块实现S3C2410嵌入式***对变频器ACS510的控制输出，进而完成对水泵电机的转速控制，继而达到调节上水管网流量以达到实时准确地调节液位高度，并能有效地节能。基于ARM9 的S3C2410通过GPC.2与AD5552模数转换器的

相连，利用GPC.3与AD5552的

相连，利用串行接口GPC.4与DIN相连，实现串行数据的输入，利用TXD实现AD5552的时钟驱动信号接入，与AD5552的SCLK相连，数据在SCLK的上升沿被时钟信号引入DAC寄存器，并实现D/A转换。转换的输出通过Vout端与ACS510变频器直接相连，完成变频控制参数的模拟传递。

图4所示为本实用新型网络通信接口电路，主要功能是利用CS8900网络接口卡和RJ-45网络接口将嵌入式恒压变频控制***快速接入企业内部以太网并与上位监控主机相连。S3C2410和CS8900实现硬件连接如图4所示，图中采用了CS8900芯片，它的封装是100-pin TQFP，内部集成了在片RAM、10BASE-T收发滤波器，并且提供8位和16位两种接口，CS8900与基于arm9的S3C2410芯片按照16位方式连接，其地址总线ADDR19-ADDR0与CS8900A的A19-A0相连，数据总线DATA15-DATA0 与CS8900A的D15-D0相连，通过门电路实现对CS8900A的读写控制，通过nGCS3与CS8900的地址锁存信号AEN相连，通过外部中断引脚EINT8实现与CS8900的中断请求引脚INTRQ0相连，实现S3C2410对 网卡CS8900的读写控制连接，网卡芯片复位后默认工作方式为I/O连接，其基址是300H。

Claims (4)

1.一种基于ARM的嵌入式液位监控装置，其特征在于：包括有带有模糊-PID控制算法的ARM9主控制器、DA转换器、变频器、水泵电机、供水管网、单容水箱、液位传感器和RJ-45以太网接口，所述的变频器的输出端连接水泵电机，水泵电机与所述的供水管网连接，供水管网连接所述的单容水箱，所述的单容水箱的底部设有液位传感器，所述的液位传感器通过信号预处理电路与所述的ARM9主控制器的AD转换通道相连，ARM9主控制器与所述的DA转换器连接，DA转换器的输出端口连接所述的变频器的输入端，所述的ARM9主控制器通过CS8900网络接口卡与所述的RJ-45接口接入以太网，并与上位机相连。

2.根据权利要求1所述的基于ARM的嵌入式液位监控装置，其特征在于：所述的ARM9主控制器的型号为ARM9S3C2410，所述的液位传感器的型号为WL400，所述的变频器的型号为ACS510，所述的DA转换器的型号为AD5552。

3.根据权利要求1所述的基于ARM的嵌入式液位监控装置，其特征在于：所述的ARM9主控制器与DA转换器之间的连接为ARM9主控制器的管脚GPC.2、GPC.3、GPC.4和TXD分别与DA转换器的管脚

、

、DIN和SCLK连接。

4.根据权利要求1所述的基于ARM的嵌入式液位监控装置，其特征在于：所述的ARM9主控制器中的ADC转换通道为8路10位转换通道。

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